JPS6318042A - 超塑性アルミニウム合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超塑性アルミニウム合金の製造方法に関し、さ
らに詳しくは、Ａｌ−７，ｎ−Ｍｇ系の高強度超塑性ア
ルミニウム、合金の製造方法に関する。

ここで超塑性とは、ある条件）において材料がくびれな
しに、数１００〜１０００％の巨人な伸びを生しろ現象
であり、恒温変態を利用した変態超塑性と微細結晶粒材
料で見られる微細結晶粒材料Ｊ／１（構造超塑性）とに
大別されろ。そして、微細結晶粒超塑性を起こさせるた
めには、その材料の結晶粒径を微細に制御するごとが必
要である。

「従来技術」 一般に、Ａ１７．ローＭｇ系アルミニウム合金は、鋳塊
を４００〜５５０℃の温度において均質化処理を行い、
次いて、３００〜５５０℃の温度て熱１！］）ｎ＋　に
を行い、続いて冷間加１４を行−１てから、４５０〜５
５０℃の温度において溶体化処理、時効処理を行って所
望の材料を製造するのであるが、この通’７ｉｉの処理
１．稈では結晶粒は４０〜１１００Ｊｉと人きくな−・
てしよい、高温において変彩を行っても超塑性伸びは得
られない。

この従来技術に対して、特開昭６０−０８６２４８号公
報および特開昭６０−０８６２４９号公報に記載の方法
を本発明者が開発し、Ａｌ−ＺｎＭｇ系超塑性アルミニ
ウム合金を製造してきたか、未だ伸びが２６０〜５３０
％と小さく伸びの改善が要望されていた。

［発明が解決しようとする問題点１ 本発明は−１−記に説明したように、従来技術の問題点
および本発明者の開発技術におけろ要望に鑑み、研究の
結果、超塑性伸びが６００％以上のＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系
アルミニウム合金の製造方法を開発したのである。

１問題点を解決ずろための手段］ 本発明に係る超塑性アルミニウム合金の製造方法は、 （１）　　Ｚｎ　３〜８ｗｔ％、Ｍｇ　０．５〜３ｗｔ
％を含有し、さらに、 Ｃｕ３ｗｔ％以ド、Ｍｎ　０．０５〜２．０ｗｔ％、Ｃ
ｒ　０．０５〜２．０ｗｔ％、７．ｒ　０．０５’−０
，５ｗｔ％、Ｖ　０．０５〜０．５ｗｔ％、’Ｉ”ｉ　
０．１５ｗｔ％以下の中から選んだ１種または２挿具１
〕 を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミー−ウ
ｌい合金鋳塊を、３００〜５５０℃の温度において６〜
４８時間の均質化熱処理後、３００〜５５０℃の温度で
熱間加圧後、３５０〜５５０℃の温度において１段階あ
るいは２段階の加熱保持を行い、３０℃／Ｉｌｒ以上の
冷却速度て冷却してから、少なくと６３０％以−１□の
冷間加工を行った後、３００〜４００℃の温度において
２０〜４０％の熱間加工を行うごとを特徴とする超塑性
アルミニウム合金の製造方法を第１の発明とし、（２）
　　７．ｎ　３〜８ｗｔ％、Ｍｇ　０．５〜３ｗｔ％を
含有し、さらに、 Ｃｕ３ｗｔ％以下、Ｍｎ　０．０５〜２．０ｗｔ％、Ｃ
ｒ　０．０５〜２．０ｗｔ％、Ｚｒ　０．０５〜０．５
ｗｔ％、Ｖ０　、５ｗｔ％、’Ｉ’ｉ　０．ｌ５ｗｔ％
以下の中から選んだ１種または２挿具１−を含有し 、残部Δｌおよび不純物からなるアルミニラへ合金鋳塊
を、３００〜５５０℃の温度において６〜４８時間の均
質化熱処理後、３００〜５５０℃の温度で熱間加１冒（
，３５０〜５５０℃−４＝−４＝ の温度において１段階あるいは２段階の加熱保持を行い
、３０℃／）（ｒ以上の冷却速度で冷却してから、２０
〜６０％の冷間加工とこれに続く３００℃以下の低温軟
化焼鈍とを１回以上行−・た後、３００〜４００℃の温
度において２０〜４０％の熱間加工を行うことを特徴と
する超塑性アルミニウム合金の製造方法を第２の発明と
する２つの発明よりなるものである。

本発明に係る超塑性アルミニウム合金の製造方法につい
て以下詳細に説明する。

先ケ、本発明に係る超塑性アルミニウム合金の製造方法
（以下、単に本発明方法ということがある。）において
使用するアルミニウム合金の含有成分および含有割合に
ついて説明する。

Ｚｎは含有量が３ｗｔ％未満では充分な強度が得られず
、また、８ｗｔ％を越えて含有されろと延性、耐蝕性が
損なわれる。よって、７．ｎ含有量は３〜８ｗｔ％とケ
る。

Ｍｇは含有量か０，５ｗｔ％未満ては充分な強度か得ら
れ４′、また、３ｗｔ％を越えて含有されると冷間加工
性が損なわれる。よって、Ｍｇ含有量は０．５〜３ｗｔ
％とする。

Ｃｕは含有量が３ｗｔ％を越えて含有されると延性、靭
性が損なわれる。よって、Ｃｕ含有量は３ｗｔ％以下と
する。

Ｍｎ、　Ｃｒ、　Ｚｒ、■は含有量が０．０５ｗｔ％未
満では充分な微細結晶粒が得られず、また、Ｍｎ５Ｃｒ
２、０ｗｔ％、Ｚｒ、Ｖが０．５ｗｔ％およびＴｉ　０
．１５ｗｔ％を越えて含有されると、鋳造時に充分固溶
されず、巨大金属間化合物が発生して充分な伸びが得ら
れない。よって、Ｍｎ含有量は０．０５〜２．０ｗｔ％
、Ｃｒ含有量は０．０５〜２．０ｗｔ％、Ｚｒ　０．０
５〜０．５ｗｔ％、■含有量は０．０５〜０．５ｗｔ％
、Ｔｉ含有量は０．１５ｗｔ％とする。

なお、不純物として含有されることがあるＦｅ。

Ｓｉは含有量が０．０５ｗｔ％を越えて含有されると不
溶性の晶出物が発生して伸びの低下か著しくなる。

よって、不純物としてのＦｅおよびＳｌの含有量は０．
１５ｗｔ％以下とする。

次ぎに、本発明に係る超塑性アルミニウム合金の製造方
法における熱処理法について説明する。

上記に説明した含有成分および含有割合のアルミニウ１
１合金鋳塊を、その内部に不均質に分布している主要元
素の均質化および熱間加工性を向上させるため、３００
〜５５０℃の温度において６〜４８時間の均質化熱処理
を行い、続いて３００〜５５０℃の温度で熱間加工を行
って所定の板厚にまで加工し、粗い鋳造組織は熱間ファ
イバー組織となると同時に組織内にＺｎ、　Ｍｇ、　Ｃ
ＬＩ等の析出物およびＭｎ５Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ等の遷移元
素の一部が部分析出し、さらに、熱間加工後３０％以上
の冷間加工を行うことにより微細な結晶粒が得られ超塑
性伸びも大きくなる。

この熱間加工後に３５０〜５５０℃の温度で０．５〜２
０時間の加熱保持を行ってから、少なくとも３０℃／Ｈ
ｒ以上、特に、１００℃／Ｈｒ以上の冷却速度で冷却し
て固溶元素の強制固溶を図るのである。

また、この熱処理を急速加熱、急速冷却が可能な連続焼
鈍炉により、４００〜５５０℃の温度てｌＯ秒〜ＩＯ分
間行ってもよく、この加熱保持によりＺｎ、Ｍｇ５Ｃｕ
等は固溶され、一方、遷移元素のＺｒ、ＣｒＳＭｎ等は
Ａｌと金属間化合物Ｚ　ｒＡ　１３、Ｃｒ２Ｍｇ３Ａｌ
＋ｓ、Ｍ　ｎ　Ａ　ｌ　ａ等が析出する。この−度加熱
後の冷却速度が１００℃／　Ｉ−１ｒ未満では微細粒が
得られず、伸びが出にくい。

加熱保持を２段で行う場合、先ず、４５０〜５５０℃の
温度で０，５〜ＩＯ時間の第１回の加熱保持を行い、続
いて第２回の加熱保持温度まで冷却し、３５０〜４５０
℃の温度で０５〜５０時間の第２回の加熱保持を行い、
３０℃／Ｈｒ以上の冷却速度で冷却する。この加熱保持
の温度が高い程時間は短時間でよい。

このような、２回の加熱保持において、第１回の加熱保
持により析出している溶質元素はその大部分が固溶され
、続く第２回の加熱保持により遷移元素のＺｒ、Ｃｒ、
Ｍｎ等とＡｌとの金属間化合物ＺｒＡｌ３、Ｃｒ２Ｍｇ
５Ａｌ＋ａ等が析出する。

この２段階の加熱保持は、１回行った場合に比較して遷
移元素の析出形態が微細なことおよび若干のＺｎ、Ｍｇ
、Ｃｕ等とＡｌとの高温時効析出物か生成されるため、
加熱保持後の冷却速度も３０℃／Ｈｒと遅くなってもよ
く、製造がより容易となり、かつ、冷間加工中に生成さ
れる転位の密度がより高くなり、さらに、微細な結晶粒
が生成され、超塑性伸びの大きい材料が得られる。

この２段階の加熱保持の冷却速度は３０℃／Ｈｒ未満で
は、微細結晶粒が得られにくくなる。

このような加熱保持により、熱間ファイバー組織を形成
していた転位の下部組織は回復、再結晶により歪エネル
ギーが低減され、続く冷間加工で転位が導入され易くな
り、かつ、Ｚｒ、　Ｃｒ、　Ｍｎ等の析出粒子により、
次の冷間加工後の超塑性温度域における加熱によって材
料中に生成されろ微細粒組織が保持されて超塑性が得ら
れる。

冷却後、少なくとも３０％以上の冷間加工を行うのであ
るが、３０％未満の加工率では充分微細な結晶粒は得ら
れない。

また、２０〜６０％の冷間加工とこれに続く３００℃以
下の低温軟化焼鈍とを１回以上行うこともでき、この低
温軟化焼鈍を導入するごとにより結晶粒はさらに微細化
される。

ごのように、冷間加工された材料は高い歪みエネルギー
を有する転位のＦ部組縁が高密度に形成されている。

最終工程として３００〜４００℃の温度で２０〜４０％
の熱間側［を行うのであるが、３００℃未満および４０
０℃を越える温度におけろ加工並びに２０％以下の加工
および４０％越えろ加１−では、材料中に形成される微
細結晶核が好ましくなく、最終的な高い伸びは得られな
い。

この材料を通常の０　、５　’Ｉ’ｍ（Ｔ…は材料の融
点（絶対温度））以上の超塑性温度域（アルミニウム合
金ては４００℃以−１−）に加熱ずろと、微細結晶核を
起点として新しい結晶粒が順次形成される。従−・て、
微細結晶核か高密度程、結晶粒が微細になり、超塑性伸
びが大きくなる９、そして、　・度再結晶が完ｆ電ろと
、結晶粒界のエネルギーを減少ずろために転位か移動し
て結晶核は粗大化する傾向があり、ごの粗大化した結晶
粒が超塑性変形を阻害ケることになる。

よって、本発明方法においては、熱間圧延後の加熱保持
中に形成されたＭ　ｎ　Ａ　ｌ　ｅ、Ｃｒ３Ｍｇ５ＡＬ
ｓ、ＺｒＡｌ３等の析出物の寸法と分布とを制御するこ
とにより転位の移動を阻止し、微細粒組織を保持するも
のである。即ち、析出物の・］”法か小さセき゛たり、
粒子間隔が大きすぎると転位移動阻止効果が得られない
。

このようにして、本発明に係る超塑性アルミニウム合金
の製造方法により製造された微細粒超塑性材料は、適切
な温度（通常４００８Ｃ以上）において、くびれ（局部
伸び）が発生することなく、６００％以上の超塑性加圧
を行うことができろ。

［実　施　例］ 本発明に係る超塑性アルミニラ１、合金の製造方法につ
いて実施例を説明する。

実施例 ７、ｎ５．５ｗｔ％、Ｍｇ　２．３ｗｔ％、Ｃｕ　１．
６ｗｔ％、７、ｒ　０．１２ｗｔ％、Ｔｉ　０．０２ｗ
ｔ％、Ｉｌ’ｅ　０．０４ｗｔ％、Ｓｉ　０．０６ｗｔ
％、Ａ１残部の鋳塊を、通常のＤＣ鋳造法により製造し
、４８０８Ｃの温度で１２時間の均質化熱処理を行った
後、４３０〜３３０℃の温度で熱間圧延を行い、６．３
〜１２．５ｍｍ厚の板を作成した。

次いて、第１表に示す製造工程で２　、５　ｍｍ厚の板
とし、５１５℃の温度で歪速度Ｉ　Ｘ　ｌ　０３／ｓｅ
ｃで変形した。

超塑性伸びについて第１表に示す。

この第１表より本発明方法は比較例に比べて、１．５倍
ないし２倍の超塑性伸びを示していることがわかる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る超塑性アルミニウム
合金の製造方法は上記の構成を有しているから、微細粒
組織が得られ、適切な温度においてくびれが発生するこ
となく、６００％以上の超塑性加工を行うことができる
という優れた効果を有するものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｚｎ３〜８ｗｔ％、Ｍｇ０．５〜３ｗｔ％を含有
   し、さらに、 Ｃｕ３ｗｔ％以下、Ｍｎ０．０５〜２．０ｗｔ％、Ｃｒ
   ０．０５〜２．０ｗｔ％、Ｚｒ０．０５〜０．５ｗｔ％
   、Ｖ０．０５〜０．５ｗｔ％、Ｔｉ０．１５ｗｔ％以下
   の中から選んだ１種または２種以上 を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム
   合金鋳塊を、３００〜５５０℃の温度において６〜４８
   時間の均質化熱処理後、３００〜５５０℃の温度で熱間
   加工後、３５０〜５５０℃の温度において１段階あるい
   は２段階の加熱保持を行い、３０℃／Ｈｒ以上の冷却速
   度で冷却してから、少なくとも３０％以上の冷間加工を
   行った後、３００〜４００℃の温度において２０〜４０
   ％の熱間加工を行うことを特徴とする超塑性アルミニウ
   ム合金の製造方法。
2. （２）Ｚｎ３〜８ｗｔ％、Ｍｇ０．５〜３ｗｔ％を含有
   し、さらに、 Ｃｕ３ｗｔ％以下、Ｍｎ０．０５〜２．０ｗｔ％、Ｃｒ
   ０．０５〜２．０ｗｔ％、Ｚｒ０．０５〜０．５ｗｔ％
   、Ｖ０．０５〜０．５ｗｔ％、Ｔｉ０．１５ｗｔ％以下
   の中から選んだ１種または２種以上 を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム
   合金鋳塊を、３００〜５５０℃の温度において６〜４８
   時間の均質化熱処理後、３００〜５５０℃の温度で熱間
   加工後、３５０〜５５０℃の温度において１段階あるい
   は２段階の加熱保持を行い、３０℃／Ｈｒ以上の冷却速
   度で冷却してから、２０〜６０％の冷間加工とこれに続
   く３００℃以下の低温軟化焼鈍とを１回以上行った後、
   ３００〜４００℃の温度において２０〜４０％の熱間加
   工を行うことを特徴とする超塑性アルミニウム合金の製
   造方法。